JP2002057298A - Ferroelectric element and manufacturing method thereof - Google Patents
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- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体メモリ装
置等に用いられる強誘電体素子の製造方法およびその製
造方法で作成された強誘電体素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a ferroelectric element used for a semiconductor memory device and the like, and a ferroelectric element manufactured by the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】強誘電体は、自発分極,高誘電率,焦電性
および圧電性等の特性を有することから、様々なデバイ
スに適用されている。特に、近年、半導体メモリデバイ
スに強誘電体薄膜を利用した不揮発性メモリの研究が盛
んになってきている。2. Description of the Related Art Ferroelectrics have been applied to various devices because they have characteristics such as spontaneous polarization, high dielectric constant, pyroelectricity and piezoelectricity. In particular, in recent years, non-volatile memories using ferroelectric thin films for semiconductor memory devices have been actively studied.
【0003】現在、メモリ素子への応用が期待されてい
る強誘電体材料は、大きく分けて次の2つがある。一つ
は、代表的な強誘電体材料であるPb(ZrxTi1-x)O
3(PZT)に代表される鉛系強誘電体である。この鉛系
強誘電体材料では、室温で比較的安定して大きな残留分
極が得られ、キュリー温度も高いという特徴を有してい
る。今一つは、SrBi2Ta2O9(SBT)等のビスマス層
状構造強誘電体である。このビスマス層状構造強誘電体
は、上記鉛系強誘電体と比較して残留分極量は小さいも
のの、分極反転の繰り返しによる疲労劣化に対する耐性
に優れているという特徴を有する。At present, ferroelectric materials expected to be applied to memory devices are roughly classified into the following two types. One is Pb (Zr x Ti 1-x ) O which is a typical ferroelectric material.
3 (PZT) is a lead-based ferroelectric. This lead-based ferroelectric material is characterized in that a large remanent polarization can be obtained relatively stably at room temperature and the Curie temperature is high. The other is a bismuth layered structure ferroelectric such as SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT). This bismuth layered structure ferroelectric has a characteristic that although it has a small amount of remanent polarization as compared with the above-mentioned lead-based ferroelectric, it has excellent resistance to fatigue deterioration due to repeated polarization inversion.
【0004】一方、上記強誘電体をメモリ素子へ応用す
る際の応用の仕方として、大きく分けて2つの種類が考
えられている。一つは、強誘電体材料を蓄積容量の絶縁
膜として用いるDRAM(ダイナミック・ランダム・アク
セス・メモリ)キャパシタ置き換え型のメモリ素子であ
る。今一つは、強誘電体材料をMISFET(金属絶縁
膜半導体型電界効果トランジスタ)のゲート絶縁膜とし
て利用するMFS(金属強誘電体膜半導体型)FET型の
メモリ素子である。1T(トランジスタ)/1C(キャパシ
タ)型の素子構造は、分極電荷量を電圧に変換して読み
出す方式の素子であるため、約20μC/cm2の大きな分
極反転電荷量を有することが望まれる。また、MFSF
ET型の素子構造では、強誘電体の自発分極による半導
体の抵抗率変化を検出する方式の素子であるため、半導
体のチャネル部に反転層を形成するのに充分な分極反転
電荷量があればよく、逆に分極反転電荷量が大き過ぎる
と、素子動作の安定性に悪影響を与える。すなわち、D
RAMキャパシタ置き換え型のメモリ素子やMFSFE
T型のメモリ素子に関しては、強誘電体の結晶性や膜質
を損なうことなく、強誘電体の分極反転電荷量を制御す
ることが重要である。On the other hand, as a method of applying the ferroelectric material to a memory device, there are roughly two types of application methods. One is a DRAM (Dynamic Random Access Memory) capacitor replacement type memory element using a ferroelectric material as an insulating film of a storage capacitor. Another is an MFS (Metal Ferroelectric Film Semiconductor Type) FET type memory element using a ferroelectric material as a gate insulating film of a MISFET (Metal Insulating Film Semiconductor Field Effect Transistor). Since the 1T (transistor) / 1C (capacitor) type element structure is an element of a method of converting a polarization charge amount into a voltage and reading it out, it is desired to have a large polarization inversion charge amount of about 20 μC / cm 2 . Also, MFSF
The ET type element structure is a type of element that detects a change in the resistivity of the semiconductor due to spontaneous polarization of the ferroelectric substance, so that there is sufficient polarization inversion charge to form an inversion layer in the channel part of the semiconductor. On the contrary, if the amount of the domain-inverted charges is too large, the stability of the device operation is adversely affected. That is, D
RAM capacitor replacement type memory device and MFSFE
For a T-type memory element, it is important to control the amount of domain-inverted charges of the ferroelectric without damaging the crystallinity and film quality of the ferroelectric.
【0005】強誘電体薄膜は、その結晶配向性によって
電気的な特性等が異なることが知られている。そこで、
強誘電体を半導体メモリに適用するうえで、強誘電体薄
膜の結晶配向性制御が必要である。基板上に強誘電体薄
膜を形成する方法として、基板上に強誘電体前駆体溶液
を塗布し、乾燥した後、焼成を行って強誘電体薄膜を形
成するスピンコート法がある。このスピンコート法にお
いて、強誘電体の結晶配向性を制御する場合、従来は、
特開平6‐116095号公報に開示されているように
乾燥,焼成の温度条件を変化させて配向を制御する手法
や、特開平10‐199999号公報に開示されている
ように強誘電体薄膜と下部電極薄膜との間に配向制御用
絶縁膜を作成する手法が用いられている。[0005] It is known that a ferroelectric thin film has different electrical characteristics and the like depending on its crystal orientation. Therefore,
In order to apply a ferroelectric to a semiconductor memory, it is necessary to control the crystal orientation of the ferroelectric thin film. As a method for forming a ferroelectric thin film on a substrate, there is a spin coating method in which a ferroelectric precursor solution is applied on a substrate, dried, and then baked to form a ferroelectric thin film. In the spin coating method, when controlling the crystal orientation of the ferroelectric, conventionally,
A method of controlling the orientation by changing the temperature conditions of drying and baking as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-116095, and a method of controlling a ferroelectric thin film as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-199999. A method of forming an orientation control insulating film between the lower electrode thin film and the lower electrode thin film is used.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のスピンコート法における強誘電体の結晶配向性制御
方法には、以下のような問題がある。すなわち、上記特
開平6‐116095号公報に開示されているように、
強誘電体薄膜作成時の乾燥,焼成温度によって配向を制
御する場合には、強誘電体薄膜作成時の微妙な温度ずれ
等によって、所望の配向が得られないという問題があ
る。さらに、ウェハー面内で温度のばらつきが生じる
と、それに伴って強誘電体薄膜の配向性もウェハー面内
で不均一になるという問題もある。However, the method for controlling the crystal orientation of the ferroelectric in the above-mentioned conventional spin coating method has the following problems. That is, as disclosed in the above-mentioned JP-A-6-116095,
In the case where the orientation is controlled by the drying and baking temperatures at the time of producing the ferroelectric thin film, there is a problem that a desired orientation cannot be obtained due to a slight temperature shift or the like at the time of producing the ferroelectric thin film. Further, when the temperature varies within the wafer surface, the orientation of the ferroelectric thin film also becomes non-uniform within the wafer surface.
【0007】例えば、上記PZTの成膜温度を変化させ
た場合、PZT成膜温度と分極反転電荷量との間には図
11に示すような相関関係が得られている。したがっ
て、PZTの成膜温度が高い場合には分極反転電荷量は
大きくなる。しかしながら、PZT中のPb抜けなどの
現象が生ずるため、安定した組成のPZTを得るのが難
しい。一方、PZT成膜温度が低い場合は、PZTの結
晶性やリーク電流密度の悪化が見られる。以上のよう
に、PZTの成膜温度を制御することによって、所望の
分極反転電荷量を得ることは困難なのである。For example, when the PZT film forming temperature is changed, a correlation as shown in FIG. 11 is obtained between the PZT film forming temperature and the amount of domain-inverted charges. Therefore, when the deposition temperature of PZT is high, the amount of domain-inverted charges increases. However, phenomena such as Pb loss during PZT occur, and it is difficult to obtain PZT having a stable composition. On the other hand, when the PZT film forming temperature is low, the crystallinity of PZT and the leak current density are deteriorated. As described above, it is difficult to obtain a desired amount of domain-inverted charge by controlling the film formation temperature of PZT.
【0008】また、上記特開平10‐199999号公
報に開示されているように、強誘電体薄膜と下部電極薄
膜との間に配向制御用絶縁膜を作成する場合には、プロ
セスが煩雑になるという欠点がある。Further, as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-199999, when an insulating film for controlling orientation is formed between a ferroelectric thin film and a lower electrode thin film, the process becomes complicated. There is a disadvantage that.
【0009】そこで、この発明の目的は、強誘電体薄膜
の配向を再現性良く制御でき延いては分極反転電荷量の
制御が可能な強誘電体素子の製造方法、および、この製
造方法によって作成された強誘電体素子を提供すること
にある。It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a ferroelectric element capable of controlling the orientation of a ferroelectric thin film with good reproducibility and, at the same time, controlling the amount of domain-inverted charges, and a method of manufacturing the same. To provide a ferroelectric device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明は、絶縁性基板上に8A族元素を含む材
料で形成された下部電極薄膜と,上記下部電極薄膜上に
形成された強誘電体薄膜を有する強誘電体素子の製造方
法であって、上記下部電極薄膜の形成温度を制御するこ
とによって上記強誘電体薄膜の配向性を制御することを
特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a lower electrode thin film formed of a material containing a Group 8A element on an insulating substrate, and a lower electrode thin film formed on the lower electrode thin film. A method of manufacturing a ferroelectric element having a ferroelectric thin film, wherein the orientation of the ferroelectric thin film is controlled by controlling the temperature at which the lower electrode thin film is formed.
【0011】図7に示すようにシリコン基板21,酸化
シリコン膜22,Ir下部電極薄膜23,PZT強誘電体
薄膜24および上部電極25を順次積層した積層構造体
において、Ir下部電極薄膜23の形成温度とPZT強
誘電体薄膜24のa軸配向強度との関係は図4〜図5に
示すようになる。すなわち、Ir膜の形成温度(基板温
度)が430℃以下の場合にはIr膜中に圧縮応力を生じ
させ、430℃以上の場合には引っ張り応力を生じさせ
る。さらに、Ir膜中の圧縮応力が大きくなる程PZT
のa軸配向性が強くなる。また、Ir膜中の引張り応力
が大きくなる程PZTのa軸配向性が弱くなってランダ
ムな配向に近づくのである。As shown in FIG. 7, in a laminated structure in which a silicon substrate 21, a silicon oxide film 22, an Ir lower electrode thin film 23, a PZT ferroelectric thin film 24 and an upper electrode 25 are sequentially stacked, the Ir lower electrode thin film 23 is formed. The relationship between the temperature and the a-axis orientation strength of the PZT ferroelectric thin film 24 is as shown in FIGS. That is, when the formation temperature (substrate temperature) of the Ir film is 430 ° C. or less, a compressive stress is generated in the Ir film, and when it is 430 ° C. or more, a tensile stress is generated. Further, as the compressive stress in the Ir film increases, PZT
A-axis orientation becomes strong. Also, as the tensile stress in the Ir film increases, the a-axis orientation of PZT becomes weaker and approaches the random orientation.
【0012】したがって、上記構成のごとく、上記下部
電極薄膜と強誘電体薄膜との積層体を有する強誘電体素
子を製造するに際して、上記下部電極薄膜が8A族元素
を含む材料を用いて基板温度が制御されて形成されるこ
とによって、上記強誘電体薄膜の配向性が制御されるの
である。Therefore, when manufacturing a ferroelectric element having a laminated body of the lower electrode thin film and the ferroelectric thin film as in the above configuration, the lower electrode thin film is made of a material containing a Group 8A element and has a substrate temperature. Is controlled so that the orientation of the ferroelectric thin film is controlled.
【0013】その場合、上記PZT強誘電体薄膜24に
関してa軸配向強度と分極反転電荷量との関係は図6に
示すようになる。すなわち、PZT強誘電体薄膜24の
a軸配向性が強くなると分極反転電荷量ΔQは小さくな
り、PZT強誘電体薄膜24がランダム配向に近づくと
分極反転電荷量ΔQは大きくなるのである。In this case, the relationship between the a-axis orientation strength and the amount of domain-inverted charges for the PZT ferroelectric thin film 24 is as shown in FIG. That is, as the a-axis orientation of the PZT ferroelectric thin film 24 becomes stronger, the polarization inversion charge amount ΔQ becomes smaller, and as the PZT ferroelectric thin film 24 approaches random orientation, the polarization inversion charge amount ΔQ becomes larger.
【0014】したがって、20μC/cm2以上の大きな分
極反転電荷量が必要な強誘電体素子を形成する場合に
は、上記強誘電体薄膜に大きな引張り応力を生じさせる
必要があり、上記下部電極薄膜を450℃より高い温度
で形成する必要がある。これに対して、10μC/cm2程
度の分極反転電荷量が必要な強誘電体素子を形成する場
合には、上記強誘電体薄膜に大きな圧縮応力を生じさせ
る必要があり、上記下部電極薄膜を200℃より低い温
度で形成する必要がある。Therefore, when forming a ferroelectric element requiring a large amount of polarization inversion charge of 20 μC / cm 2 or more, it is necessary to generate a large tensile stress in the ferroelectric thin film, Must be formed at a temperature higher than 450 ° C. On the other hand, when forming a ferroelectric element requiring a polarization inversion charge amount of about 10 μC / cm 2 , it is necessary to generate a large compressive stress in the ferroelectric thin film. It must be formed at a temperature lower than 200 ° C.
【0015】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の形成温度を、450℃よ
り高く且つ600℃より低くすることが望ましい。In the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the temperature for forming the lower electrode thin film is higher than 450 ° C. and lower than 600 ° C.
【0016】上記下部電極薄膜を形成する際の基板温度
が600℃以上になると、生産性の低下や、デバイスを
作製する場合の特性の変化を齎すので好ましくはない。
上記構成によれば、上記下部電極薄膜の形成温度は45
0℃〜600℃であるから、PZTのa軸配向強度を
(100)/(211)ピーク強度比で表すと、図4〜図5
および図6より、PZTのa軸配向強度は約「3」とな
り、そのときのPZTの分極反転電荷量は約24μC/c
m2となる。したがって、20μC/cm2以上の大きな分極
反転電荷量を有する強誘電体薄膜が、簡単に且つ再現性
よく得られる。If the substrate temperature at the time of forming the lower electrode thin film is 600 ° C. or higher, it is not preferable because the productivity is lowered and the characteristics of the device are changed.
According to the above configuration, the formation temperature of the lower electrode thin film is 45
Since the temperature is 0 ° C to 600 ° C, the a-axis orientation strength of PZT is
4 and 5 in terms of the (100) / (211) peak intensity ratio.
6 and FIG. 6, the a-axis orientation intensity of PZT is about “3”, and the polarization inversion charge amount of PZT at that time is about 24 μC / c.
the m 2. Therefore, a ferroelectric thin film having a large amount of domain-inverted charge of 20 μC / cm 2 or more can be obtained easily and with good reproducibility.
【0017】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の膜応力を、0.008Pa
より大きく且つ0.02Paより小さいすることが望まし
い。Further, in the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, the film stress of the lower electrode thin film is reduced to 0.008 Pa.
It is desirable to be larger and smaller than 0.02 Pa.
【0018】上記下部電極薄膜の膜応力が0.02Pa以
上の場合は、膜に剥離やクラック等が生じる可能性があ
るので好ましくない。上記構成によれば、上記下部電極
薄膜の膜応力が0.008Pa〜0.02Paである。した
がって、20μC/cm2以上の大きな分極反転電荷量を有
する強誘電体薄膜が、上記下部電極薄膜に剥離やクラッ
ク等が生じることなく得られる。When the film stress of the lower electrode thin film is 0.02 Pa or more, it is not preferable because there is a possibility that peeling or cracks may occur in the film. According to the above configuration, the film stress of the lower electrode thin film is 0.008 Pa to 0.02 Pa. Therefore, a ferroelectric thin film having a large amount of domain-inverted charges of 20 μC / cm 2 or more can be obtained without causing peeling, cracking, and the like in the lower electrode thin film.
【0019】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の形成温度を、20℃より
高く且つ200℃より低くすることが望ましい。In the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the temperature for forming the lower electrode thin film is higher than 20 ° C. and lower than 200 ° C.
【0020】上記下部電極薄膜を20℃以下の基板温度
で形成する場合は、成膜用装置の制御に困難が伴う。上
記構成によれば、上記下部電極薄膜の形成温度は20℃
〜200℃であるから、図4〜図5および図6より、P
ZTのa軸配向強度は約「12〜25」となり、そのとき
のPZTの分極反転電荷量は約12μC/cm2〜25μC
/cm2となる。したがって、10μC/cm2程度の分極反転
電荷量を有する強誘電体薄膜が、制御性よく且つ再現性
よく得られる。When the lower electrode thin film is formed at a substrate temperature of 20 ° C. or less, it is difficult to control a film forming apparatus. According to the configuration, the formation temperature of the lower electrode thin film is 20 ° C.
4 to 5 and FIG. 6, P
The a-axis orientation intensity of ZT is about “12 to 25”, and the polarization inversion charge of PZT at that time is about 12 μC / cm 2 to 25 μC.
/ cm 2 . Therefore, a ferroelectric thin film having a polarization inversion charge of about 10 μC / cm 2 can be obtained with good controllability and good reproducibility.
【0021】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の膜応力を、−0.06Pa
より大きく且つ−0.04Paよりも小さくすることが望
ましい。Further, in the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, the film stress of the lower electrode thin film is reduced to -0.06 Pa.
It is desirable to be larger and smaller than -0.04 Pa.
【0022】上記下部電極薄膜の膜応力が−0.06Pa
以下の場合は、膜に剥離やクラック等が生じる可能性が
あるので好ましくない。上記構成によれば、上記下部電
極薄膜の膜応力が−0.06Pa〜−0.04Paである。
したがって、10μC/cm2程度の分極反転電荷量を有す
る強誘電体薄膜が、上記下部電極薄膜に剥離やクラック
等が生じることなく得られる。The film stress of the lower electrode thin film is -0.06 Pa.
The following cases are not preferable because there is a possibility that peeling or cracking may occur in the film. According to the above configuration, the film stress of the lower electrode thin film is -0.06 Pa to -0.04 Pa.
Therefore, a ferroelectric thin film having a polarization inversion charge amount of about 10 μC / cm 2 can be obtained without peeling or cracking of the lower electrode thin film.
【0023】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の材料を、Ir、または、
少なくともIrを含む合金Pt‐Ir,Ru‐Ir,Rh‐I
r、または、Irの酸化物、または、少なくともIrを含
む合金Pt‐Ir,Ru‐Ir,Rh‐Irの酸化物とすること
が望ましい。In the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, the material of the lower electrode thin film may be made of Ir or
Alloys containing at least Ir Pt-Ir, Ru-Ir, Rh-I
It is desirable to use an oxide of r or Ir, or an oxide of an alloy containing at least Ir, Pt-Ir, Ru-Ir or Rh-Ir.
【0024】上記構成によれば、20μC/cm2以上の大
きな分極反転電荷量が必要な強誘電体素子や10μC/c
m2程度の分極反転電荷量が必要な強誘電体素子が、上記
下部電極薄膜の形成温度の制御によって簡単に且つ再現
性よく得られる。According to the above configuration, a ferroelectric element requiring a large amount of domain-inverted charge of 20 μC / cm 2 or more, or a 10 μC / c
A ferroelectric element requiring an amount of domain-inverted charges of about m 2 can be obtained simply and with good reproducibility by controlling the formation temperature of the lower electrode thin film.
【0025】また、第2の発明は、半導体基板に形成さ
れた金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタと,上記半
導体基板上に層間絶縁膜を介して下部電極薄膜,強誘電
体薄膜および上部電極の順に積層されて成る強誘電体キ
ャパシタを有すると共に,上記MOSトランジスタのソ
ース領域あるいはドレイン領域と上記強誘電体キャパシ
タの下部電極薄膜とが上記層間絶縁膜に形成されたコン
タクトプラグを介して電気的に接続された強誘電体素子
において、上記強誘電体キャパシタの下部電極薄膜およ
び強誘電体薄膜は、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法を適用して形成されていることを特徴としてい
る。According to a second aspect of the present invention, there is provided a metal oxide semiconductor (MOS) transistor formed on a semiconductor substrate, and a lower electrode thin film, a ferroelectric thin film, and an upper electrode formed on the semiconductor substrate via an interlayer insulating film. A ferroelectric capacitor that is sequentially stacked, and a source region or a drain region of the MOS transistor and a lower electrode thin film of the ferroelectric capacitor are electrically connected through a contact plug formed in the interlayer insulating film. In the connected ferroelectric element, the lower electrode thin film and the ferroelectric thin film of the ferroelectric capacitor are formed by applying the ferroelectric element manufacturing method of the first invention. I have.
【0026】下部電極薄膜,強誘電体薄膜および上部電
極が積層されて成る強誘電体キャパシタに分極反転電荷
量として記憶された情報を、MOSトランジスタのソー
ス領域と上記上部電極との間の電圧に変換して読み出す
構造を有する強誘電体メモリ素子は、20μC/cm2以上
の大きな分極反転電荷量を必要とする。上記構成によれ
ば、上記構造を有する強誘電体メモリ素子における強誘
電体キャパシタの下部電極薄膜および強誘電体薄膜が、
上記第1の発明の強誘電体素子の製造方法を適用して形
成されている。したがって、上記下部電極薄膜の形成温
度を450℃〜600℃とすることによって、上記強誘
電体キャパシタの分極反転電荷量は20μC/cm2以上の
大きな値を呈し、メモリ素子として充分な動作マージン
が得られる。The information stored as the polarization inversion charge amount in the ferroelectric capacitor formed by laminating the lower electrode thin film, the ferroelectric thin film and the upper electrode is converted into a voltage between the source region of the MOS transistor and the upper electrode. A ferroelectric memory element having a structure for reading by conversion requires a large amount of domain-inverted charge of 20 μC / cm 2 or more. According to the above configuration, the lower electrode thin film and the ferroelectric thin film of the ferroelectric capacitor in the ferroelectric memory element having the above structure are:
The ferroelectric element is formed by applying the method for manufacturing a ferroelectric element of the first invention. Therefore, by setting the formation temperature of the lower electrode thin film to 450 ° C. to 600 ° C., the amount of domain-inverted charges of the ferroelectric capacitor exhibits a large value of 20 μC / cm 2 or more, and a sufficient operation margin as a memory element is obtained. can get.
【0027】また、第3の発明は、半導体基板に形成さ
れたMOSトランジスタと,上記半導体基板上に層間絶
縁膜を介して下部電極薄膜,強誘電体薄膜および上部電
極の順に積層されて成る強誘電体キャパシタを有すると
共に,上記MOSトランジスタのソース領域あるいはド
レイン領域と上記強誘電体キャパシタの上部電極とが配
線層によって電気的に接続された強誘電体素子におい
て、上記強誘電体キャパシタの下部電極薄膜および強誘
電体薄膜は、上記第1の発明の強誘電体素子の製造方法
を適用して形成されていることを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, a MOS transistor formed on a semiconductor substrate and a ferroelectric thin film and a ferroelectric thin film and an upper electrode laminated in this order on the semiconductor substrate via an interlayer insulating film. A ferroelectric element having a dielectric capacitor, wherein a source region or a drain region of the MOS transistor and an upper electrode of the ferroelectric capacitor are electrically connected by a wiring layer; The thin film and the ferroelectric thin film are characterized by being formed by applying the method for manufacturing a ferroelectric element of the first invention.
【0028】下部電極薄膜,強誘電体薄膜および上部電
極が積層されて成る強誘電体キャパシタに分極反転電荷
量として記憶された情報を、MOSトランジスタのソー
ス領域と上記下部電極との間の電圧に変換して読み出す
構造を有する強誘電体メモリ素子は、20μC/cm2以上
の大きな分極反転電荷量を必要とする。上記構成によれ
ば、上記強誘電体キャパシタは、上記第1の発明の強誘
電体素子の製造方法を適用して形成されているので、上
記下部電極薄膜の形成温度を450℃〜600℃とすれ
ば20μC/cm2以上の大きな分極反転電荷量を有し、メ
モリ素子として充分な動作マージンが得られる。The information stored as the polarization inversion charge amount in the ferroelectric capacitor formed by laminating the lower electrode thin film, the ferroelectric thin film and the upper electrode is converted into a voltage between the source region of the MOS transistor and the lower electrode. A ferroelectric memory element having a structure for reading by conversion requires a large amount of domain-inverted charge of 20 μC / cm 2 or more. According to the configuration, since the ferroelectric capacitor is formed by applying the method of manufacturing a ferroelectric element of the first invention, the formation temperature of the lower electrode thin film is set to 450 ° C. to 600 ° C. In this case, a large amount of domain-inverted charges of 20 μC / cm 2 or more can be obtained, and a sufficient operation margin as a memory element can be obtained.
【0029】また、第4の発明は、半導体基板と,この
半導体基板に形成されたソース領域およびドレイン領域
と,上記ソース領域とドレイン領域との間における上記
半導体基板上にゲート絶縁膜・ゲート第1電極・強誘電体
薄膜・ゲート第2電極の順に積層されて成るゲートを有
する強誘電体素子において、上記ゲートのゲート第1電
極および強誘電体薄膜は、上記第1の発明の強誘電体素
子の製造方法を適用して形成されていることを特徴とし
ている。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate, a source region and a drain region formed in the semiconductor substrate, and a gate insulating film and a gate insulating film formed on the semiconductor substrate between the source region and the drain region. In a ferroelectric element having a gate laminated in the order of one electrode, a ferroelectric thin film, and a gate second electrode, the gate first electrode and the ferroelectric thin film of the gate are the ferroelectric material according to the first invention. It is characterized by being formed by applying an element manufacturing method.
【0030】ゲートを構成する強誘電体薄膜の自発分極
量として記憶された情報を、半導体基板におけるソース
領域‐ドレイン領域間のチャネル領域の抵抗率変化に変
換して読み出す構造を有する強誘電体メモリ素子は、上
記チャネル領域に反転層を形成するのに充分な10μC
/cm2程度の分極反転電荷量があればよい。上記構成によ
れば、ゲートを構成するゲート第1電極および強誘電体
薄膜が、上記第1の発明の強誘電体素子の製造方法を適
用して形成されている。したがって、上記ゲート第1電
極の形成温度を20℃〜200℃とすることによって上
記強誘電体薄膜の分極反転電荷量は10μC/cm2程度の
値を呈し、上記構造を有する強誘電体メモリ素子の動作
に必要且つ充分な分極反転電荷量が得られる。A ferroelectric memory having a structure in which information stored as a spontaneous polarization amount of a ferroelectric thin film forming a gate is converted into a change in resistivity of a channel region between a source region and a drain region in a semiconductor substrate and read out. The device has a 10 μC sufficient to form an inversion layer in the channel region.
It suffices if there is a polarization inversion charge amount of about / cm 2 . According to the above configuration, the gate first electrode and the ferroelectric thin film constituting the gate are formed by applying the method for manufacturing a ferroelectric element of the first invention. Therefore, the ferroelectric thin film exhibits a value of about 10 μC / cm 2 by setting the formation temperature of the gate first electrode at 20 ° C. to 200 ° C., and the ferroelectric memory element having the above structure And a sufficient amount of domain-inverted charge required for the operation described above.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。 <第1実施の形態>図1は、本実施の形態の強誘電体メ
モリ素子における断面図である。本強誘電体メモリ素子
はスタック型構造を有しており、ポリシリコン等による
導電性プラグ1によって、選択トランジスタ2と強誘電
体キャパシタ3とが電気的に接続された構造を取ってい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. <First Embodiment> FIG. 1 is a sectional view of a ferroelectric memory device according to the present embodiment. The ferroelectric memory element has a stack type structure, and has a structure in which a selection transistor 2 and a ferroelectric capacitor 3 are electrically connected by a conductive plug 1 made of polysilicon or the like.
【0032】上記選択トランジスタ2は、シリコン基板
4上に形成されたゲート電極5と、その両側のシリコン
基板4に形成されたソース領域6およびドレイン領域7
とで構成されている。導電性プラグ1は、シリコン基板
4上に選択トランジスタ2を覆うように形成された第1
層間絶縁膜8を貫通するホールに埋め込まれて形成され
て、選択トランジスタ2のドレイン領域7に接続されて
いる。強誘電体キャパシタ3は、下部電極薄膜9と強誘
電体薄膜10と上部電極11との3層構造を有してお
り、下部電極薄膜9は拡散バリア膜12およびTi膜1
3を介して導電性プラグ1に接続されている。The selection transistor 2 has a gate electrode 5 formed on a silicon substrate 4 and source and drain regions 6 and 7 formed on the silicon substrate 4 on both sides of the gate electrode 5.
It is composed of A conductive plug 1 is formed on a silicon substrate 4 so as to cover a select transistor 2.
It is formed buried in a hole penetrating through the interlayer insulating film 8 and is connected to the drain region 7 of the select transistor 2. The ferroelectric capacitor 3 has a three-layer structure of a lower electrode thin film 9, a ferroelectric thin film 10, and an upper electrode 11, and the lower electrode thin film 9 includes a diffusion barrier film 12 and a Ti film 1.
3 is connected to the conductive plug 1.
【0033】さらに、上記強誘電体キャパシタ3および
第1層間絶縁膜8の上には第2層間絶縁膜14が形成さ
れており、第2層間絶縁膜14に形成された第1コンタ
クトホール15を介して上部電極11が引出し電極16
に接続されている。同様に、第1層間絶縁膜8および第
2層間絶縁膜14に形成された第2コンタクトホール1
7を介して選択トランジスタ2のソース領域6が引出し
電極18に接続されている。尚、19はロコス膜であ
る。Further, a second interlayer insulating film 14 is formed on the ferroelectric capacitor 3 and the first interlayer insulating film 8, and a first contact hole 15 formed in the second interlayer insulating film 14 is formed. The upper electrode 11 is connected to the extraction electrode 16
It is connected to the. Similarly, second contact holes 1 formed in first interlayer insulating film 8 and second interlayer insulating film 14 are formed.
The source region 6 of the selection transistor 2 is connected to the extraction electrode 18 via 7. Reference numeral 19 denotes a locos film.
【0034】図2は、図1に示すスタック型構造を有す
る強誘電体メモリ素子の製造手順を示す断面図である。
以下、図2に従って、本実施の形態における強誘電体メ
モリ素子の製造方法について詳細に説明する。尚、本実
施の形態においては、ポリシリコンによる導電性プラグ
1上に形成された金属膜(Ti膜)13を熱処理すること
によって、シリサイド層を形成するようにしている。FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing procedure of the ferroelectric memory device having the stack type structure shown in FIG.
Hereinafter, the method of manufacturing the ferroelectric memory device according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. In this embodiment, the silicide layer is formed by heat-treating the metal film (Ti film) 13 formed on the conductive plug 1 made of polysilicon.
【0035】先ず、図2(a)に示すように、シリコン基
板4の表面に膜厚が約500nmのロコス膜19を形成し
て、素子分離領域を形成する。次に、従来の方法を用い
て、ゲート電極5,ソース領域6およびドレイン領域7
からなる選択トランジスタ2を形成する。その後、CV
D(化学気相成長法)法によって層間絶縁膜としての第1
層間絶縁膜膜8を500nm程度の膜厚で成膜し、続いて
直系約0.6μmのコンタクトホール20をドレイン領域
7上に形成する。First, as shown in FIG. 2A, a LOCOS film 19 having a thickness of about 500 nm is formed on the surface of the silicon substrate 4 to form an element isolation region. Next, the gate electrode 5, the source region 6, and the drain region 7 are formed using a conventional method.
Is formed. After that, CV
First method as interlayer insulating film by D (chemical vapor deposition) method
An interlayer insulating film 8 is formed to a thickness of about 500 nm, and then a contact hole 20 of about 0.6 μm is formed on the drain region 7.
【0036】次に、図2(b)に示すように、CVD法に
よってポリシリコンを成膜してコンタクトホール20を
埋め込んだ後、CMP(化学機械研磨)法によって表面を
平坦化して上記導電性プラグ1としてのポリシリコンプ
ラグを形成する。次に、ポリシリコンプラグ1の表面を
フッ酸でウエット処理する。その後、DCマグネトロン
スパッタ法によって、ポリシリコンプラグ1及び第1層
間絶縁膜8上に、Ti膜13を1nm〜30nmの厚さで形
成する。続いて、DCリアクティブマグネトロンスパッ
タ法によって、Ti膜13上に、拡散バリア膜12とし
てのTaxSil - xNy膜を50nm〜150nmの厚さで形成
する。尚、本実施の形態におけるTaxSi l - xNy膜の成
膜条件は、Ta/Si=10/3のターゲットを用い、基板
温度が500℃、スパッタパワーが2kV、スパッタガ
ス圧が0.7Pa、Ar/N2の流量比が3/2である。Next, as shown in FIG.
Therefore, a contact hole 20 is formed by forming a polysilicon film.
After embedding, the surface is removed by CMP (chemical mechanical polishing).
The polysilicon plug as the conductive plug 1 is planarized.
Form a lug. Next, the surface of the polysilicon plug 1 is
Wet treatment with hydrofluoric acid. After that, DC magnetron
The polysilicon plug 1 and the first layer are formed by sputtering.
On the inter-insulating film 8, a Ti film 13 is formed with a thickness of 1 nm to 30 nm.
To achieve. Subsequently, DC reactive magnetron sputtering
The diffusion barrier film 12 is formed on the Ti film 13 by the
TaxSil - xNyForm a film with a thickness of 50nm to 150nm
I do. Note that Ta in the present embodiment isxSi l - xNyFilm formation
The film conditions were as follows: using a target of Ta / Si = 10/3,
Temperature 500 ° C, sputtering power 2 kV, sputtering gas
Pressure is 0.7 Pa, Ar / NTwoIs 3/2.
【0037】上記拡散バリア膜12の形成後、純窒素雰
囲気中で500℃〜800℃の熱処理を行って、上記シ
リサイド層を形成する。続いて、DCマグネトロンスパ
ッタ法によって、拡散バリア膜12上に、下部電極薄膜
9としてのIr薄膜を約200nmの膜厚で形成する。
尚、本実施の形態におけるIr薄膜の成膜条件は、DC
パワーが0.5kW、基板温度が450℃〜600℃、ガ
ス圧が0.6Paである。After the formation of the diffusion barrier film 12, a heat treatment at 500 ° C. to 800 ° C. is performed in a pure nitrogen atmosphere to form the silicide layer. Subsequently, an Ir thin film as the lower electrode thin film 9 is formed with a thickness of about 200 nm on the diffusion barrier film 12 by DC magnetron sputtering.
The Ir thin film forming conditions in the present embodiment are DC
The power is 0.5 kW, the substrate temperature is 450 ° C. to 600 ° C., and the gas pressure is 0.6 Pa.
【0038】その後、上記強誘電体薄膜10としてのP
b(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)をスピンコート法によっ
て250nmの膜厚で形成する。PZT膜の形成方法は以
下の通りある。先ず、前駆体溶液を、スピナーを用いて
回転数を2000rpmとして基板に塗布する。続いて、
ホットプレート上において基板温度250℃で熱分解さ
せた後、RTA(rapid thermal annealing)炉を用い
て、575℃の酸素雰囲気中で5分間焼成してシード層
(1層)を形成する。2層目以降は、前駆体溶液を150
0rpmで塗布した後に上述と同様の熱分解工程を3回繰
り返し、その後、RTA炉内において650℃の酸素雰
囲気中で1分間焼成を行って成長層を形成する。こうし
て、PZT膜が得られる。引き続き、上部電極11とし
てのIr薄膜をスパッタ法によって100nmの膜厚で形
成する。Thereafter, P as the ferroelectric thin film 10
b (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 (PZT) is formed to a thickness of 250 nm by spin coating. The method of forming the PZT film is as follows. First, the precursor solution is applied to the substrate using a spinner at a rotation speed of 2000 rpm. continue,
After being thermally decomposed at a substrate temperature of 250 ° C. on a hot plate, the seed layer is baked for 5 minutes in an oxygen atmosphere of 575 ° C. using an RTA (rapid thermal annealing) furnace.
(One layer) is formed. For the second and subsequent layers, the precursor solution is
After the application at 0 rpm, the same thermal decomposition process as described above is repeated three times, and thereafter, calcination is performed in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 1 minute in an RTA furnace to form a growth layer. Thus, a PZT film is obtained. Subsequently, an Ir thin film as the upper electrode 11 is formed to a thickness of 100 nm by a sputtering method.
【0039】そうした後、リソグラフィーおよびドライ
エッチングによって、図2(c)に示すように、Ti膜1
3,拡散バリア膜12,下部電極薄膜9,強誘電体薄膜1
0および上部電極11で成る積層構造体を成形加工す
る。こうして強誘電体キャパシタ3まで形成した後、R
TA炉内において、650℃の酸素雰囲気中で5分間の
ポストアニールを行う。After that, by lithography and dry etching, as shown in FIG.
3, diffusion barrier film 12, lower electrode thin film 9, ferroelectric thin film 1
A laminated structure composed of 0 and the upper electrode 11 is formed. After forming up to the ferroelectric capacitor 3 in this manner, R
Post-annealing is performed for 5 minutes in an oxygen atmosphere at 650 ° C. in a TA furnace.
【0040】その後、図2(d)に示すように、CVD法
によって第2層間絶縁膜14を形成する。そして、Ir
上部電極11上の第2層間絶縁膜14に第1コンタクト
ホール15を形成し、DCマグネトロンスパッタ法によ
って、第1コンタクトホール15の周囲にIr上部電極
11に接続するアルミニウム系引出し電極16を形成す
る。次に、ソース領域6上の第1層間絶縁膜8及び第2
層間絶縁膜膜14に第2コンタクトホール17を形成
し、第2コンタクトホール17の周囲にソース領域6に
接続するアルミニウム系引き出し電極18を形成する。
このようにして、図1に示すようなスタック型構造の強
誘電体メモリ素子が得られる。Thereafter, as shown in FIG. 2D, a second interlayer insulating film 14 is formed by a CVD method. And Ir
A first contact hole 15 is formed in the second interlayer insulating film 14 on the upper electrode 11, and an aluminum extraction electrode 16 connected to the Ir upper electrode 11 is formed around the first contact hole 15 by DC magnetron sputtering. . Next, the first interlayer insulating film 8 on the source region 6 and the second
A second contact hole 17 is formed in the interlayer insulating film 14, and an aluminum lead electrode 18 connected to the source region 6 is formed around the second contact hole 17.
Thus, a ferroelectric memory element having a stacked structure as shown in FIG. 1 is obtained.
【0041】上述の方法によって製造された強誘電体キ
ャパシタ3の強誘電体特性は図3に示す通りであり、+
3Vの電圧印加時で、分極反転電荷量ΔQ=24μC/c
m2、リーク電流密度=6.5×10-7A/cm2であった。The ferroelectric characteristics of the ferroelectric capacitor 3 manufactured by the above-described method are as shown in FIG.
When a voltage of 3 V is applied, the amount of polarization inversion charge ΔQ = 24 μC / c
m 2 , and the leak current density was 6.5 × 10 −7 A / cm 2 .
【0042】上述したように、本実施の形態において
は、シリコン基板4上に形成された第1層間絶縁膜膜8
上にIr薄膜によって下部電極薄膜9を形成し、その上
にPZT強誘電体薄膜10を形成している。その場合、
本実施の形態においては、下部電極薄膜9の形成温度を
制御することによって、PZT強誘電体薄膜10の配向
性を制御するのである。図4〜図6に、下部電極薄膜9
としてのIr膜を形成する際の基板温度とIr膜上に形成
されたPZT強誘電体薄膜の分極反転電荷量との関係を
示す。具体的には、図4はIr膜形成時の基板温度とIr
の膜応力との関係を示す。また、図5は、Ir膜応力と
PZT強誘電体薄膜のa軸配向強度((100)/(211)
ピーク強度比)との関係を示す。また、図6は、PZT
強誘電体薄膜に関するa軸配向強度と分極反転電荷量と
の関係を示す。As described above, in the present embodiment, the first interlayer insulating film 8 formed on the silicon substrate 4
A lower electrode thin film 9 is formed thereon by an Ir thin film, and a PZT ferroelectric thin film 10 is formed thereon. In that case,
In this embodiment, the orientation of the PZT ferroelectric thin film 10 is controlled by controlling the formation temperature of the lower electrode thin film 9. 4 to 6 show the lower electrode thin film 9.
The relationship between the substrate temperature when an Ir film is formed as a reference and the amount of domain-inverted charges of the PZT ferroelectric thin film formed on the Ir film is shown. Specifically, FIG. 4 shows the substrate temperature and the Ir
3 shows the relationship with the film stress. FIG. 5 shows the Ir film stress and the a-axis orientation strength of the PZT ferroelectric thin film ((100) / (211)).
(Peak intensity ratio). FIG. 6 shows the PZT
4 shows the relationship between the a-axis orientation strength and the amount of polarization-reversed charge for a ferroelectric thin film.
【0043】図7は、シリコン基板21上に酸化シリコ
ン膜22を形成し、この酸化シリコン膜22上に、Ir
下部電極薄膜23,PZT強誘電体薄膜24および上部
電極25を順次積層した積層構造体である。図7に示す
ような積層構造体を作製した場合、Ir下部電極薄膜2
3に含まれる応力とPZT強誘電体薄膜24のa軸配向
強度との関係は図5に示すようになる。そして、PZT
強誘電体薄膜24のa軸配向強度はPZT強誘電体薄膜
24の電気的特性に影響を与える。すなわち、強誘電体
の分極反転電荷量ΔQをΔQ=P*−P∧と定義する。
ここで、P*は、強誘電体キャパシタをマイナス側に分
極させた状態から印加電界を取り除いた後、プラス側に
分極させた場合の分極電荷量である。また、P∧は、プ
ラス側の飽和分極値と残留分極値の差である。PZT強
誘電体薄膜24における分極反転電荷量ΔQ値とa軸配
向強度との関係は図6に示すようになる。図6より、P
ZT強誘電体薄膜24のa軸配向強度が弱いほど、換言
すればPZT強誘電体薄膜24の配向性がランダムにな
る程、強誘電体の分極反転電荷量ΔQ値が大きくなるこ
とが分かる。FIG. 7 shows that a silicon oxide film 22 is formed on a silicon substrate 21,
This is a laminated structure in which a lower electrode thin film 23, a PZT ferroelectric thin film 24, and an upper electrode 25 are sequentially laminated. When a laminated structure as shown in FIG.
The relationship between the stress included in No. 3 and the a-axis orientation strength of the PZT ferroelectric thin film 24 is as shown in FIG. And PZT
The a-axis orientation strength of the ferroelectric thin film 24 affects the electrical characteristics of the PZT ferroelectric thin film 24. That is defined as ΔQ = P * -P ∧ polarization inversion charge amount Delta] Q of the ferroelectric.
Here, P * is the amount of polarization charge when the applied electric field is removed from the state where the ferroelectric capacitor is polarized to the minus side and then polarized to the plus side. P ∧ is the difference between the positive polarization value and the remanent polarization value. FIG. 6 shows the relationship between the polarization inversion charge amount ΔQ value and the a-axis orientation strength in the PZT ferroelectric thin film 24. According to FIG.
It can be seen that the weaker the a-axis orientation strength of the ZT ferroelectric thin film 24, in other words, the more random the orientation of the PZT ferroelectric thin film 24, the larger the polarization inversion charge ΔQ value of the ferroelectric.
【0044】以上の結果から、以下のような結論が導か
れる。すなわち、下部電極薄膜9,23としてのIr膜の
形成温度(基板温度)が430℃以下の場合にはIr膜中
に圧縮応力を生じさせ、430℃以上の場合には引っ張
り応力を生じさせることができる。さらに、Ir膜中の
圧縮応力が大きくなる程、その上に形成されるPZT強
誘電体薄膜10,24のa軸配向性が強くなる。また、
Ir膜中の引張り応力が大きくなる程、PZT強誘電体
薄膜10,24のa軸配向性が弱くなり、ランダムな配
向に近づく。PZT強誘電体薄膜10,24のa軸配向
性が強くなると分極反転電荷量ΔQは小さくなり、PZ
T強誘電体薄膜10,24がランダム配向に近づくと分
極反転電荷量ΔQは大きくなる。From the above results, the following conclusions are drawn. That is, when the formation temperature (substrate temperature) of the Ir film as the lower electrode thin films 9 and 23 is 430 ° C. or lower, a compressive stress is generated in the Ir film, and when the temperature is 430 ° C. or higher, a tensile stress is generated. Can be. Furthermore, as the compressive stress in the Ir film increases, the a-axis orientation of the PZT ferroelectric thin films 10, 24 formed thereon increases. Also,
As the tensile stress in the Ir film increases, the a-axis orientation of the PZT ferroelectric thin films 10 and 24 decreases, approaching a random orientation. As the a-axis orientation of the PZT ferroelectric thin films 10 and 24 becomes stronger, the polarization inversion charge amount ΔQ becomes smaller,
As the T ferroelectric thin films 10 and 24 approach random orientation, the amount of domain-inverted charges ΔQ increases.
【0045】上記の関係から、図1における上記下部電
極薄膜9形成時における基板温度によって下部電極薄膜
9に含まれる応力を変化させることができる。そして、
下部電極薄膜9に含まれる応力によって、その上に形成
されるPZT強誘電体薄膜10の結晶配向性を変化させ
ることができ、結晶配向性によって、得られるPZT強
誘電体薄膜10の分極反転電荷量が変化することが分か
る。そのため、20μC/cm2以上の大きな分極反転電荷
量が必要な強誘電体素子の場合には、下部電極薄膜9を
450℃〜600℃の比較的高い温度で形成する必要が
ある。尚、Ir下部電極薄膜9形成時の基板温度が60
0℃以上の場合は、生産性の低下や、デバイスを作製す
る場合の特性の変化をもたらすので好ましくない。From the above relationship, the stress contained in the lower electrode thin film 9 can be changed by the substrate temperature at the time of forming the lower electrode thin film 9 in FIG. And
The crystal orientation of the PZT ferroelectric thin film 10 formed thereon can be changed by the stress contained in the lower electrode thin film 9, and the domain-inverted charge of the obtained PZT ferroelectric thin film 10 can be changed by the crystal orientation. It can be seen that the amount changes. Therefore, in the case of a ferroelectric element requiring a large amount of domain-inverted charges of 20 μC / cm 2 or more, it is necessary to form the lower electrode thin film 9 at a relatively high temperature of 450 ° C. to 600 ° C. The substrate temperature at the time of forming the Ir lower electrode thin film 9 is 60
A temperature of 0 ° C. or higher is not preferable because it causes a decrease in productivity and a change in characteristics when a device is manufactured.
【0046】ここで、上記Ir下部電極薄膜9に含まれ
る応力が−0.06Pa以下の場合または0.02Pa以上
の場合は、膜に剥離やクラック等が生じる可能性がある
ので好ましくない。さらに、図5および図6より、Ir
下部電極薄膜9の応力が負の値である場合は分極反転電
荷量が低下することが分かる。そこで、Ir下部電極薄
膜9の膜応力は、0.008Paより大きく0.02Paよ
り小さいことが望ましい。したがって、図4より、Ir
下部電極薄膜9形成時の基板温度としては、450℃〜
500℃であることがより好ましいのである。Here, when the stress contained in the Ir lower electrode thin film 9 is -0.06 Pa or less or 0.02 Pa or more, it is not preferable because the film may be peeled or cracked. Further, from FIGS. 5 and 6, Ir
It can be seen that when the stress of the lower electrode thin film 9 has a negative value, the amount of domain-inverted charges decreases. Therefore, it is desirable that the film stress of the Ir lower electrode thin film 9 is larger than 0.008 Pa and smaller than 0.02 Pa. Therefore, from FIG.
The substrate temperature at the time of forming the lower electrode thin film 9 is 450 ° C.
More preferably, the temperature is 500 ° C.
【0047】また、本実施の形態における強誘電体メモ
リ素子は、上記シリコン基板4に形成されたMOSFE
Tで成る選択トランジスタ2のドレイン領域7と強誘電
体キャパシタ3の下部電極薄膜9とがコンタクトプラグ
1を介して電気的に接続されている。そして、分極反転
電荷量として記憶された情報を、引出し電極16,18
間の電圧に変換して読み出す構造を有している。その場
合に、本実施の形態における製造方法によって形成され
た強誘電体キャパシタ3は24μC/cm2と大きな分極反
転電荷量を有するため、素子動作として充分なマージン
を得ることができるのである。The ferroelectric memory device according to the present embodiment is a MOSFE formed on the silicon substrate 4.
The drain region 7 of the select transistor 2 made of T and the lower electrode thin film 9 of the ferroelectric capacitor 3 are electrically connected via the contact plug 1. Then, the information stored as the polarization inversion charge amount is extracted to the extraction electrodes 16 and 18.
It has a structure in which the voltage is converted and read out. In this case, since the ferroelectric capacitor 3 formed by the manufacturing method in the present embodiment has a large amount of domain-inverted charges of 24 μC / cm 2 , a sufficient margin for element operation can be obtained.
【0048】<第2実施の形態>図8は、本実施の形態
の強誘電体メモリ素子における断面図である。図8にお
いて、シリコン基板31上に、強誘電体キャパシタ33
へのアクセススイッチ素子としてのMOSFET等で成
る選択トランジスタ32が形成されている。さらに、シ
リコン基板31上の第1層間絶縁膜34上には、下部電
極薄膜35と強誘電体薄膜36と上部電極37との3層
構造を有する強誘電体キャパシタ33が形成されてい
る。そして、強誘電体キャパシタ33の上面および側面
は、Ti酸化膜で成るキャパシタ保護膜38で覆われて
いる。さらに、キャパシタ保護膜38上には第2層間絶
縁膜39が形成されている。<Second Embodiment> FIG. 8 is a sectional view of a ferroelectric memory device according to the present embodiment. In FIG. 8, a ferroelectric capacitor 33 is provided on a silicon substrate 31.
A selection transistor 32 composed of a MOSFET or the like is formed as an access switch element for access. Further, a ferroelectric capacitor 33 having a three-layer structure of a lower electrode thin film 35, a ferroelectric thin film 36, and an upper electrode 37 is formed on the first interlayer insulating film 34 on the silicon substrate 31. The upper and side surfaces of the ferroelectric capacitor 33 are covered with a capacitor protection film 38 made of a Ti oxide film. Further, a second interlayer insulating film 39 is formed on the capacitor protection film 38.
【0049】上記選択トランジスタ32は、シリコン基
板31上に形成されたゲート電極40と、その両側のシ
リコン基板31に形成されたソース領域41およびドレ
イン領域42とで構成されている。そして、第1層間絶
縁膜34には、選択トランジスタ32のドレイン領域4
2を露出させる第1コンタクトホール43が形成され
る。また、第2層間絶縁膜39およびキャパシタ保護膜
38には、強誘電体キャパシタ33の上部電極37を露
出させる第2コンタクトホール44が形成されている。
そして、第1コンタクトホール43にはタングステン金
属が埋め込まれており、第1コンタクトホール43内の
タングステン金属および第2コンタクトホール44を介
してドレイン領域42と上部電極37とを電気的に接続
する配線層45が形成されている。The selection transistor 32 includes a gate electrode 40 formed on a silicon substrate 31 and a source region 41 and a drain region 42 formed on the silicon substrate 31 on both sides of the gate electrode 40. Then, the drain region 4 of the select transistor 32 is formed in the first interlayer insulating film 34.
A first contact hole 43 exposing the second contact hole 2 is formed. Further, a second contact hole 44 exposing the upper electrode 37 of the ferroelectric capacitor 33 is formed in the second interlayer insulating film 39 and the capacitor protection film 38.
Tungsten metal is buried in the first contact hole 43, and a wiring for electrically connecting the drain region 42 and the upper electrode 37 via the tungsten metal in the first contact hole 43 and the second contact hole 44. A layer 45 is formed.
【0050】そして、上記第1層間絶縁膜34,第2層
間絶縁膜39および配線層45の上には、全面に亘って
表面保護膜46が形成されている。尚、47は、上部電
極37と配線層45との電気的コンタクトを改善するた
めのTiN膜である。また、48はロコス膜である。On the first interlayer insulating film 34, the second interlayer insulating film 39 and the wiring layer 45, a surface protective film 46 is formed over the entire surface. Reference numeral 47 denotes a TiN film for improving electrical contact between the upper electrode 37 and the wiring layer 45. Reference numeral 48 denotes a locos film.
【0051】図9は、図8に示す強誘電体メモリ素子の
製造手順を示す断面図である。以下においては、図9に
従って、本実施の形態における強誘電体メモリ素子の製
造方法について詳細に説明する。FIG. 9 is a sectional view showing a procedure for manufacturing the ferroelectric memory element shown in FIG. Hereinafter, a method of manufacturing the ferroelectric memory element according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
【0052】先ず、図9(a)に示すように、シリコン基
板31上面の所定領域にロコス膜48を形成して、素子
分離領域を形成する。次に、ゲート電極40,ソース領
域41およびドレイン領域42からなる選択トランジス
タ32を形成した後、シリコン基板31の表面全体に亘
って第1層間絶縁膜34を堆積する。その後、第1層間
絶縁膜34上における所定領域に、Ir薄膜から成る下
部電極薄膜35をスパッタリング法によって形成する。
尚、本実施の形態におけるIr下部電極薄膜35の成膜
条件は、DCパワーが0.5kW、基板温度が450℃〜
600℃、ガス圧が0.6Paである。First, as shown in FIG. 9A, a LOCOS film 48 is formed in a predetermined region on the upper surface of the silicon substrate 31 to form an element isolation region. Next, after the selection transistor 32 including the gate electrode 40, the source region 41, and the drain region 42 is formed, the first interlayer insulating film 34 is deposited over the entire surface of the silicon substrate 31. Thereafter, a lower electrode thin film 35 made of an Ir thin film is formed in a predetermined region on the first interlayer insulating film 34 by a sputtering method.
In the present embodiment, the conditions for forming the Ir lower electrode thin film 35 are as follows: DC power is 0.5 kW, substrate temperature is 450 ° C.
The temperature is 600 ° C. and the gas pressure is 0.6 Pa.
【0053】続いて、上記Ir下部電極薄膜35上に、
上記第1実施の形態と同様の方法でPZTから成る強誘
電体薄膜36を形成する。その後、PZT強誘電体薄膜
36上に、Irから成る上部電極37を形成する。こう
して、強誘電体キャパシタ33が形成される。Subsequently, on the Ir lower electrode thin film 35,
A ferroelectric thin film 36 made of PZT is formed in the same manner as in the first embodiment. Thereafter, an upper electrode 37 made of Ir is formed on the PZT ferroelectric thin film 36. Thus, the ferroelectric capacitor 33 is formed.
【0054】次に、図9(b)に示すように、上記第1層
間絶縁膜34および強誘電体キャパシタ33上の全面
に、スパッタリング法によってTi金属薄膜を成膜す
る。その後Ti金属薄膜を酸化させてTi酸化膜38'を
形成する。次に、フォトリソグラフィー法によって強誘
電体キャパシタ33をレジストパターンでマスクし、T
i酸化膜38'に対してドライエッチングを行い、図9
(c)に示すように強誘電体キャパシタ33の上面および
側面にTi酸化膜38'を残存させることによって、キャ
パシタ保護膜38を形成する。その後、強誘電体キャパ
シタ33上に第2層間絶縁膜39を堆積した後、第1層
間絶縁膜34に対してエッチングを行ってドレイン領域
42の上面を露出する第1コンタクトホール43を形成
する。Next, as shown in FIG. 9B, a Ti metal thin film is formed on the entire surface of the first interlayer insulating film 34 and the ferroelectric capacitor 33 by a sputtering method. Thereafter, the Ti metal thin film is oxidized to form a Ti oxide film 38 '. Next, the ferroelectric capacitor 33 is masked with a resist pattern by photolithography,
Dry etching is performed on the i-oxide film 38 ', and FIG.
As shown in FIG. 3C, the capacitor protection film 38 is formed by leaving the Ti oxide film 38 'on the top and side surfaces of the ferroelectric capacitor 33. Then, after depositing a second interlayer insulating film 39 on the ferroelectric capacitor 33, the first interlayer insulating film 34 is etched to form a first contact hole 43 exposing the upper surface of the drain region 42.
【0055】次に、スパッタ法によって、上記第1層間
絶縁膜34および第2層間絶縁膜39の上面と第1コン
タクトホール43の底部および壁面とに、Ti膜および
Ti窒化膜を堆積する。さらに、その上に、CVD法に
よってタングステン金属を500nmの厚さで堆積させ、
エッチバック法によって第1コンタクトホール43内の
みに上記堆積膜が残るようにする。Next, a Ti film and a Ti nitride film are deposited on the upper surfaces of the first interlayer insulating film 34 and the second interlayer insulating film 39 and on the bottom and wall surfaces of the first contact hole 43 by a sputtering method. Furthermore, a tungsten metal is deposited thereon by a CVD method to a thickness of 500 nm,
The deposited film is left only in the first contact hole 43 by the etch back method.
【0056】次に、図9(d)に示すように、上記第2層
間絶縁膜39およびキャパシタ保護膜38に対して連続
してエッチングを行って、強誘電体キャパシタ33の上
部電極37の上面の一部を露出する第2コンタクトホー
ル44を形成する。その後、第2コンタクトホール44
の低部および壁面に100nmの厚みでTi窒化膜を形成
し、上部電極37の領域だけ残るようにエッチングを行
い、TiN膜47を得る。Next, as shown in FIG. 9D, the second interlayer insulating film 39 and the capacitor protection film 38 are continuously etched to form the upper surface of the upper electrode 37 of the ferroelectric capacitor 33. Is formed to expose a part of the second contact hole. Then, the second contact hole 44
Then, a Ti nitride film is formed with a thickness of 100 nm on the lower part and the wall surface, and etching is performed so that only the region of the upper electrode 37 remains to obtain a TiN film 47.
【0057】次に、図9(e)に示すように、上記第1コ
ンタクトホール43からTiN膜47に掛けて、厚さ5
00nmのアルミニウムから成る金属薄膜を堆積する。そ
の後、この金属薄膜に対して所定領域のみを残すエッチ
ングを行って配線層45を形成する。最後に、第1層間
絶縁膜34,第2層間絶縁膜39および配線層45上の
全面に亘って表面保護膜46が形成されて、図8に示す
ような強誘電体メモリ素子が得られる。Next, as shown in FIG. 9E, the first contact hole 43 is applied to the TiN film 47 so as to have a thickness of 5 nm.
Deposit a thin metal film consisting of 00 nm aluminum. Thereafter, the metal thin film is etched to leave only a predetermined region, thereby forming the wiring layer 45. Finally, a surface protective film 46 is formed over the entire surface of the first interlayer insulating film 34, the second interlayer insulating film 39, and the wiring layer 45, and a ferroelectric memory device as shown in FIG. 8 is obtained.
【0058】上述の方法によって製造された強誘電体キ
ャパシタ33の強誘電体特性は、上記第1実施の形態の
場合と同様に、+3Vの電圧印加時で、分極反転電荷量
ΔQ=24μC/cm2、リーク電流密度=6.5×10-7
A/cm2であった。The ferroelectric characteristics of the ferroelectric capacitor 33 manufactured by the above-described method are similar to those of the first embodiment when the voltage of +3 V is applied and the domain-inverted charge amount ΔQ = 24 μC / cm. 2. Leak current density = 6.5 × 10 -7
A / cm 2 .
【0059】本実施の形態においても、シリコン基板3
1上に形成された第1層間絶縁膜膜34上に、Ir薄膜
によって下部電極薄膜35を形成し、その上にPZT強
誘電体薄膜36を形成している。そして、分極反転電荷
量として記憶された情報を、ソース領域41と下部電極
薄膜35との間の電圧としてコンタクトホール(図示せ
ず)を介して読み出す構造を有している。その場合、下
部電極薄膜35の形成時における基板温度を450℃〜
600℃としている。したがって、強誘電体キャパシタ
33は24μC/cm2の大きな分極反転電荷量を有し、素
子動作として充分なマージンを得ることができるのであ
る。Also in this embodiment, the silicon substrate 3
A lower electrode thin film 35 is formed by an Ir thin film on a first interlayer insulating film 34 formed on the first interlayer insulating film 1, and a PZT ferroelectric thin film 36 is formed thereon. Then, information stored as the amount of polarization inversion charge is read out as a voltage between the source region 41 and the lower electrode thin film 35 via a contact hole (not shown). In that case, the substrate temperature at the time of forming the lower electrode thin film 35 is 450 ° C.
The temperature is set to 600 ° C. Therefore, the ferroelectric capacitor 33 has a large amount of domain-inverted charges of 24 μC / cm 2, and a sufficient margin for device operation can be obtained.
【0060】<第3実施の形態>図10は、本実施の形
態の強誘電体メモリ素子における断面構造を示す図であ
る。図10において、シリコン基板51の表面に、所定
間隔を開けてソース領域52およびドレイン領域53が
形成されている。そして、このソース領域52とドレイ
ン領域53との間がチャネル領域となる。チャネル領域
におけるシリコン基板51上には、ゲート絶縁膜54,
上記ゲート第1電極としての下部電極薄膜55,強誘電
体薄膜56および上記ゲート第2電極としての上部電極
57が順次に形成されている。<Third Embodiment> FIG. 10 is a diagram showing a sectional structure of a ferroelectric memory device according to the present embodiment. 10, a source region 52 and a drain region 53 are formed on a surface of a silicon substrate 51 at predetermined intervals. Then, a region between the source region 52 and the drain region 53 becomes a channel region. On the silicon substrate 51 in the channel region, a gate insulating film 54,
The lower electrode thin film 55 as the gate first electrode, the ferroelectric thin film 56, and the upper electrode 57 as the gate second electrode are sequentially formed.
【0061】上記構成を有する強誘電体メモリ素子にお
いては、シリコン基板51,ソース領域52,ドレイン領
域53,チャネル領域,ゲート絶縁膜54および下部電極
薄膜55でMISキャパシタを構成し、下部電極薄膜5
5,強誘電体薄膜56および上部電極57で強誘電体キ
ャパシタ58を構成している。In the ferroelectric memory device having the above structure, an MIS capacitor is constituted by the silicon substrate 51, the source region 52, the drain region 53, the channel region, the gate insulating film 54 and the lower electrode thin film 55, and the lower electrode thin film 5
5. A ferroelectric capacitor 58 is constituted by the ferroelectric thin film 56 and the upper electrode 57.
【0062】上記構成を有する強誘電体メモリ素子は、
上記強誘電体の自発分極による半導体の抵抗率変化を検
出する方式のメモリ素子であるため、強誘電体キャパシ
タ58は、シリコン基板51のチャネル領域に反転層を
形成するのに充分な分極反転電荷量を呈すればよく、逆
に分極反転電荷量が大き過ぎるとメモリ素子の安定動作
に悪影饗を及ぼすことになる。The ferroelectric memory device having the above configuration is
Since the memory element is of a type that detects a change in the resistivity of the semiconductor due to the spontaneous polarization of the ferroelectric, the ferroelectric capacitor 58 has sufficient polarization inversion charge for forming an inversion layer in the channel region of the silicon substrate 51. On the other hand, if the amount of the domain-inverted charges is too large, the stable operation of the memory element will be adversely affected.
【0063】本実施の形態における強誘電体メモリ素子
においては、上記下部電極薄膜55を、DCパワーが
0.5kW、基板温度が20℃〜200℃、ガス圧が0.
6Paなる条件によって形成している。このように、上
記第1,第2実施の形態の場合における450℃〜60
0℃よりも低い20℃〜200℃の形成温度で下部電極
薄膜55を形成するため、図4及び図5から分かるよう
に、下部電極薄膜55に圧縮応力が働き、その上に形成
された強誘電体薄膜56はa軸に配向する。尚、下部電
極薄膜55形成時の基板温度が20℃以下の場合は、成
膜用装置の制御が容易ではないので好ましくない。以上
の結果、得られた上記強誘電体キャパシタ58の上部電
極57と下部電極薄膜55との間に電圧を印加して強誘
電体特性を測定した結果、分極反転電荷量はΔQ=10
μC/cm2と上記第1,第2実施の形態の場合における2
4μC/cm2よりも小さい値となる。この値は、本実施の
形態における強誘電体メモリ素子を動作させるのに高く
も低くも無く、必要充分な強誘電体特性である。In the ferroelectric memory device according to the present embodiment, the lower electrode thin film 55 is formed by applying a DC power of 0.5 kW, a substrate temperature of 20 ° C. to 200 ° C., and a gas pressure of 0.5 kW.
It is formed under the condition of 6 Pa. As described above, in the case of the first and second embodiments, 450 ° C. to 60 ° C.
Since the lower electrode thin film 55 is formed at a formation temperature of 20 ° C. to 200 ° C. lower than 0 ° C., as can be seen from FIGS. 4 and 5, a compressive stress acts on the lower electrode thin film 55, and the strong The dielectric thin film 56 is oriented in the a-axis. If the substrate temperature at the time of forming the lower electrode thin film 55 is 20 ° C. or lower, it is not preferable because control of the film forming apparatus is not easy. As a result, a voltage was applied between the upper electrode 57 and the lower electrode thin film 55 of the obtained ferroelectric capacitor 58 and the ferroelectric characteristics were measured.
μC / cm 2 and 2 in the case of the first and second embodiments.
The value is smaller than 4 μC / cm 2 . This value is neither high nor low for operating the ferroelectric memory element of the present embodiment, and is a necessary and sufficient ferroelectric characteristic.
【0064】尚、上記各実施の形態においては、強誘電
体薄膜を用いた強誘電体素子として半導体メモリ素子を
例に上げて説明したが、この発明の強誘電体素子は半導
体メモリ素子に限定されるものではなく、高誘電体薄膜
を用いるものであれば他の素子にも適用可能である。In each of the above embodiments, a semiconductor memory device has been described as an example of a ferroelectric device using a ferroelectric thin film. However, the ferroelectric device of the present invention is limited to a semiconductor memory device. However, the present invention can be applied to other devices using a high dielectric thin film.
【0065】また、強誘電体材料としてPZTを用い、
下部電極薄膜材料としてIrを用いたが、この発明はこ
れに限定されるものではない。強誘電体材料としてはP
LZT((Pb1-yLay)(ZrxTi1-x)O3)や上記SBTを
用いてもよい。また、上記下部電極薄膜材料としては、
Irの合金であるPtxIr1-x,RuxIr1-x,RhxIr
1-x(0≦x<1)や、Irの酸化物であるIrO2や、Ir
の合金酸化物であるPtxIr 1-xOy,RuxIr1-xOy,Rhx
Ir1-xOy等を用いた場合にも同様の効果が期待でき
る。Further, PZT is used as a ferroelectric material,
Although Ir was used as the lower electrode thin film material, the present invention
It is not limited to this. P as ferroelectric material
LZT ((Pb1-yLay) (ZrxTi1-x) OThree) Or the above SBT
May be used. Further, as the lower electrode thin film material,
Pt which is an alloy of IrxIr1-x, RuxIr1-x, RhxIr
1-x(0 ≦ x <1) or IrO which is an oxide of IrTwoAnd Ir
Pt is an alloy oxide ofxIr 1-xOy, RuxIr1-xOy, Rhx
Ir1-xOyThe same effect can be expected when using
You.
【0066】[0066]
【発明の効果】以上より明らかなように、第1の発明の
強誘電体素子の製造方法は、8A族元素を含む材料で形
成された下部電極薄膜とこの下部電極薄膜上に形成され
た強誘電体薄膜を有する強誘電体素子を製造する際に、
上記下部電極薄膜の形成温度を制御することによって上
記強誘電体薄膜の配向性を制御するので、上記形成温度
を430℃以下にして上記下部電極薄膜に圧縮応力を生
じさせ、この圧縮応力を大きくすることによって上記強
誘電体薄膜のa軸配向性を強くできる。さらに、430
℃以上にして上記下部電極薄膜に引っ張り応力を生じさ
せ。この引張り応力を大きくすることによって上記強誘
電体薄膜のa軸配向性を弱くしてランダムな配向にでき
る。As is apparent from the above description, the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention comprises a lower electrode thin film formed of a material containing a Group 8A element and a ferroelectric element formed on the lower electrode thin film. When manufacturing a ferroelectric element having a dielectric thin film,
Since the orientation of the ferroelectric thin film is controlled by controlling the formation temperature of the lower electrode thin film, a compression stress is generated in the lower electrode thin film by setting the formation temperature to 430 ° C. or less, and this compression stress is increased. By doing so, the a-axis orientation of the ferroelectric thin film can be enhanced. In addition, 430
C. or higher to cause tensile stress in the lower electrode thin film. By increasing the tensile stress, the a-axis orientation of the ferroelectric thin film can be weakened and a random orientation can be obtained.
【0067】その場合、上記強誘電体薄膜のa軸配向性
が強くなると分極反転電荷量ΔQが小さくなり、ランダ
ム配向に近づくと分極反転電荷量ΔQが大きくなる関係
がある。したがって、上記下部電極薄膜を450℃より
高い温度で形成して上記強誘電体薄膜に大きな引張り応
力を生じさせることによって、20μC/cm2以上の大き
な分極反転電荷量を得ることができる。また、上記下部
電極薄膜を200℃より低い温度で形成して上記強誘電
体薄膜に大きな圧縮応力を生じさせることによって、1
0μC/cm2程度の分極反転電荷量を得ることができるの
である。In this case, the polarization-reversed charge amount ΔQ decreases as the a-axis orientation of the ferroelectric thin film increases, and the polarization-reversal charge amount ΔQ increases as the orientation approaches random orientation. Therefore, by forming the lower electrode thin film at a temperature higher than 450 ° C. and generating a large tensile stress in the ferroelectric thin film, a large amount of domain-inverted charge of 20 μC / cm 2 or more can be obtained. Further, by forming the lower electrode thin film at a temperature lower than 200 ° C. to generate a large compressive stress in the ferroelectric thin film,
A polarization inversion charge of about 0 μC / cm 2 can be obtained.
【0068】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の形成温度を450℃〜6
00℃にすれば、上記下部電極薄膜の形成温度は600
℃よりの低いので、生産性の低下や、デバイスを作製す
る場合の特性の変化が起こることを防止できる。したが
って、20μC/cm2以上の大きな分極反転電荷量を有す
る強誘電体薄膜を、簡単に且つ再現性よく得ることがで
きる。Further, in the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, the temperature for forming the lower electrode thin film may be set at 450 ° C. to 6 ° C.
If the temperature is set to 00 ° C., the temperature for forming the lower electrode thin film is 600 ° C.
Since the temperature is lower than ° C, it is possible to prevent a decrease in productivity and a change in characteristics when a device is manufactured. Therefore, a ferroelectric thin film having a large amount of domain-inverted charge of 20 μC / cm 2 or more can be obtained easily and with good reproducibility.
【0069】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の膜応力を0.008Pa〜
0.02Paにすれば、上記下部電極薄膜の膜応力は0.
02Paよりも小さいので、膜に剥離やクラック等が生
ずることを防止できる。したがって、20μC/cm2以上
の大きな分極反転電荷量を有する強誘電体薄膜を、上記
下部電極薄膜に剥離やクラック等を生じさせること無く
得ることができる。Further, in the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, the film stress of the lower electrode thin film is set to 0.008 Pa or less.
If it is 0.02 Pa, the film stress of the lower electrode thin film is 0.02 Pa.
Since it is smaller than 02 Pa, it is possible to prevent the film from being peeled or cracked. Therefore, a ferroelectric thin film having a large amount of domain-inverted charge of 20 μC / cm 2 or more can be obtained without causing peeling, cracking, and the like in the lower electrode thin film.
【0070】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の形成温度を20℃〜20
0℃にすれば、上記下部電極薄膜は20℃よりも高いの
で成膜用装置の制御が容易である。したがって、10μ
C/cm2程度の分極反転電荷量を有する強誘電体薄膜を、
制御性よく且つ再現性よく得ることができる。Further, in the method for manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, the temperature for forming the lower electrode thin film may be in the range of 20 ° C. to 20 ° C.
If the temperature is set to 0 ° C., the lower electrode thin film is higher than 20 ° C., so that control of the film forming apparatus is easy. Therefore, 10μ
A ferroelectric thin film having a polarization inversion charge amount of about C / cm 2
It can be obtained with good controllability and good reproducibility.
【0071】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の膜応力を−0.06Pa〜
−0.04Paにすれば、上記下部電極薄膜の膜応力は−
0.06Paよりも大きいので、膜に剥離やクラック等が
生ずることを防止できる。したがって、10μC/cm2程
度の分極反転電荷量を有する強誘電体薄膜を、上記下部
電極薄膜に剥離やクラック等を生じさせること無く得る
ことができる。Further, in the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, the film stress of the lower electrode thin film is set to -0.06 Pa or less.
-0.04Pa, the film stress of the lower electrode thin film is-
Since it is larger than 0.06 Pa, it is possible to prevent the film from being peeled or cracked. Therefore, a ferroelectric thin film having a polarization inversion charge amount of about 10 μC / cm 2 can be obtained without causing peeling, cracking or the like in the lower electrode thin film.
【0072】また、上記第1の発明の強誘電体素子の製
造方法は、上記下部電極薄膜の材料を、Ir、または、
少なくともIrを含む合金Pt‐Ir,Ru‐Ir,Rh‐I
r、または、Irの酸化物、または、少なくともIrを含
む合金Pt‐Ir,Ru‐Ir,Rh‐Irの酸化物とすれば、
20μC/cm2以上の大きな分極反転電荷量あるいは10
μC/cm2程度の分極反転電荷量が必要な強誘電体素子
を、上記下部電極薄膜の形成温度の制御によって簡単に
且つ再現性よく得ることができる。Further, in the method of manufacturing a ferroelectric element according to the first aspect of the present invention, the material of the lower electrode thin film may be made of Ir or
Alloys containing at least Ir Pt-Ir, Ru-Ir, Rh-I
r or an oxide of Ir, or an oxide of an alloy containing at least Ir, Pt-Ir, Ru-Ir, Rh-Ir,
Large domain-inverted charge of 20 μC / cm 2 or more or 10
A ferroelectric element requiring a domain-inverted charge amount of about μC / cm 2 can be obtained simply and with good reproducibility by controlling the formation temperature of the lower electrode thin film.
【0073】また、第2の発明の強誘電体素子は、下部
電極薄膜,強誘電体薄膜および上部電極が積層されて成
る強誘電体キャパシタに分極反転電荷量として記憶され
た情報を、MOSトランジスタのソース領域と上記上部
電極との間の電圧に変換して読み出す構造を有する強誘
電体メモリ素子において、上記下部電極薄膜及び強誘電
体薄膜の形成に上記第1の発明の強誘電体素子の製造方
法を適用したので、上記下部電極薄膜の形成温度を45
0℃〜600℃とすることによって、20μC/cm2以上
の大きな分極反転電荷量の強誘電体キャパシタを得るこ
とができる。したがって、メモリ素子として充分な動作
マージンを得ることができる。The ferroelectric element according to the second aspect of the present invention uses a MOS transistor which stores information stored as a polarization inversion charge amount in a ferroelectric capacitor in which a lower electrode thin film, a ferroelectric thin film and an upper electrode are laminated. A ferroelectric memory device having a structure in which the voltage is converted into a voltage between the source region and the upper electrode and read out, wherein the lower electrode thin film and the ferroelectric thin film are formed by using the ferroelectric device of the first invention. Since the manufacturing method was applied, the formation temperature of the lower electrode thin film was set to 45
By setting the temperature to 0 ° C. to 600 ° C., it is possible to obtain a ferroelectric capacitor having a large polarization inversion charge of 20 μC / cm 2 or more. Therefore, a sufficient operation margin as a memory element can be obtained.
【0074】また、第3の発明の強誘電体素子は、下部
電極薄膜,強誘電体薄膜および上部電極が積層されて成
る強誘電体キャパシタに分極反転電荷量として記憶され
た情報を、MOSトランジスタのソース領域と上記下部
電極との間の電圧に変換して読み出す構造を有する強誘
電体メモリ素子において、上記下部電極薄膜及び強誘電
体薄膜の形成に上記第1の発明の強誘電体素子の製造方
法を適用したので、上記下部電極薄膜の形成温度を45
0℃〜600℃とすることによって、20μC/cm2以上
の大きな分極反転電荷量の強誘電体キャパシタを得るこ
とができる。したがって、メモリ素子として充分な動作
マージンを得ることができる。The ferroelectric element according to the third invention is characterized in that information stored as a polarization inversion charge amount in a ferroelectric capacitor formed by laminating a lower electrode thin film, a ferroelectric thin film and an upper electrode is transferred to a MOS transistor. A ferroelectric memory element having a structure in which a voltage is converted between a source region and the lower electrode and read out, wherein the lower electrode thin film and the ferroelectric thin film are formed by using the ferroelectric element of the first invention. Since the manufacturing method was applied, the formation temperature of the lower electrode thin film was set to 45
By setting the temperature to 0 ° C. to 600 ° C., it is possible to obtain a ferroelectric capacitor having a large polarization inversion charge of 20 μC / cm 2 or more. Therefore, a sufficient operation margin as a memory element can be obtained.
【0075】また、第4の発明の強誘電体素子は、ゲー
トを構成する強誘電体薄膜の自発分極量として記憶され
た情報を、半導体基板におけるソース領域‐ドレイン領
域間のチャネル領域の抵抗率変化に変換して読み出す構
造を有する強誘電体メモリ素子において、上記ゲートの
ゲート第1電極および強誘電体薄膜の形成に上記第1の
発明の強誘電体素子の製造方法を適用したので、上記ゲ
ート第1電極の形成温度を20℃〜200℃とすること
によって、10μC/cm2程度の分極反転電荷量の強誘電
体薄膜を得ることができる。したがって、上記構造を有
する強誘電体メモリ素子の動作に必要且つ充分な分極反
転電荷量を得ることができる。The ferroelectric element according to the fourth aspect of the present invention uses the information stored as the amount of spontaneous polarization of the ferroelectric thin film forming the gate as the resistivity of the channel region between the source region and the drain region in the semiconductor substrate. In the ferroelectric memory device having a structure of converting and reading out changes, the method of manufacturing the ferroelectric device of the first invention is applied to the formation of the gate first electrode of the gate and the ferroelectric thin film. By setting the formation temperature of the gate first electrode to 20 ° C. to 200 ° C., it is possible to obtain a ferroelectric thin film having a polarization inversion charge amount of about 10 μC / cm 2 . Therefore, it is possible to obtain a sufficient amount of domain-inverted charges required for the operation of the ferroelectric memory element having the above-described structure.
【図1】 この発明の強誘電体素子としての強誘電体メ
モリ素子の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a ferroelectric memory device as a ferroelectric device of the present invention.
【図2】 図1に示す強誘電体メモリ素子の製造手順を
示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a procedure for manufacturing the ferroelectric memory element shown in FIG.
【図3】 図2によって得られた強誘電体キャパシタの
強誘電体特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing ferroelectric characteristics of the ferroelectric capacitor obtained in FIG.
【図4】 図2におけるIr膜形成時の基板温度とIrの
膜応力との関係を示す図である。4 is a diagram showing a relationship between a substrate temperature and a film stress of Ir at the time of forming an Ir film in FIG. 2;
【図5】 図2におけるIrの膜応力とPZTのa軸配
向強度との関係を示す図である。5 is a diagram showing the relationship between the film stress of Ir and the a-axis orientation strength of PZT in FIG.
【図6】 PZTに関するa軸配向強度と分極反転電荷
量との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the a-axis orientation intensity and the amount of domain-inverted charge for PZT.
【図7】 シリコン基板上に酸化シリコン膜および強誘
電体キャパシタを積層して成る積層構造体の断面図であ
る。FIG. 7 is a cross-sectional view of a stacked structure in which a silicon oxide film and a ferroelectric capacitor are stacked on a silicon substrate.
【図8】 図1とは異なる強誘電体メモリ素子の断面図
である。FIG. 8 is a sectional view of a ferroelectric memory element different from FIG.
【図9】 図8に示す強誘電体メモリ素子の製造手順を
示す断面図である。9 is a cross-sectional view showing a procedure for manufacturing the ferroelectric memory element shown in FIG.
【図10】 図1及び図8とは異なる強誘電体メモリ素
子の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a ferroelectric memory element different from FIGS. 1 and 8;
【図11】 PZT成膜温度と分極反転電荷量との関係
を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a PZT film forming temperature and a polarization inversion charge amount.
1…ポリシリコンプラグ、 2,32…選択トランジスタ、 3,33,58…強誘電体キャパシタ、 4,21,31,51…シリコン基板、 5,40…ゲート電極、 6,41,52…ソース領域、 7,42,53…ドレイン領域、 8,34…第1層間絶縁膜、 9,23,35,55…下部電極薄膜、 10,24,36,56…強誘電体薄膜、 11,25,37,57…上部電極、 12…拡散バリア膜、 13…Ti膜、 14,39…第2層間絶縁膜、 15,43…第1コンタクトホール、 16,18…引出し電極、 17,44…第2コンタクトホール、 19,48…ロコス膜、 22…酸化シリコン膜、 38…キャパシタ保護膜、 45…配線層、 46…表面保護膜、 47…TiN膜、 54…ゲート絶縁膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polysilicon plug, 2, 32 ... Selection transistor, 3, 33, 58 ... Ferroelectric capacitor, 4, 21, 31, 51 ... Silicon substrate, 5, 40 ... Gate electrode, 6, 41, 52 ... Source region 7, 42, 53 ... drain region, 8, 34 ... first interlayer insulating film, 9, 23, 35, 55 ... lower electrode thin film, 10, 24, 36, 56 ... ferroelectric thin film, 11, 25, 37 57, upper electrode, 12: diffusion barrier film, 13: Ti film, 14, 39: second interlayer insulating film, 15, 43: first contact hole, 16, 18, extraction electrode, 17, 44: second contact Holes 19, 48 Locos film 22 Silicon oxide film 38 Capacitor protective film 45 Wiring layer 46 Surface protective film 47 TiN film 54 Gate insulating film
フロントページの続き (72)発明者 長田 昌也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F083 AD21 FR02 GA30 JA15 JA17 JA36 JA38 JA39 JA40 JA43 MA06 MA17 PR22 PR34 PR39Continuation of front page (72) Inventor Masaya Nagata 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Japan F-term (reference) in Sharp Corporation 5F083 AD21 FR02 GA30 JA15 JA17 JA36 JA38 JA39 JA40 JA43 MA06 MA17 PR22 PR34 PR39
Claims (9)
形成された下部電極薄膜と、上記下部電極薄膜上に形成
された強誘電体薄膜を有する強誘電体素子の製造方法で
あって、 上記下部電極薄膜の形成温度を制御することによって、
上記強誘電体薄膜の配向性を制御することを特徴とする
強誘電体素子の製造方法。1. A method of manufacturing a ferroelectric element comprising: a lower electrode thin film formed of a material containing a Group 8A element on an insulating substrate; and a ferroelectric thin film formed on the lower electrode thin film. By controlling the formation temperature of the lower electrode thin film,
A method for manufacturing a ferroelectric element, comprising controlling the orientation of the ferroelectric thin film.
法において、 上記下部電極薄膜の形成温度は、450℃より高く且つ
600℃より低いことを特徴とする強誘電体素子の製造
方法。2. The method for manufacturing a ferroelectric device according to claim 1, wherein a temperature for forming the lower electrode thin film is higher than 450 ° C. and lower than 600 ° C. .
電体素子の製造方法において、 上記下部電極薄膜の膜応力は、0.008Paより大きく
且つ0.02Paより小さいことを特徴とする強誘電体素
子の製造方法。3. The method for manufacturing a ferroelectric element according to claim 1, wherein the film stress of the lower electrode thin film is larger than 0.008 Pa and smaller than 0.02 Pa. A method for manufacturing a dielectric element.
法において、 上記下部電極薄膜の形成温度は、20℃より高く且つ2
00℃より低いことを特徴とする強誘電体素子の製造方
法。4. The method of manufacturing a ferroelectric element according to claim 1, wherein the temperature for forming the lower electrode thin film is higher than 20 ° C.
A method for manufacturing a ferroelectric element, wherein the temperature is lower than 00 ° C.
電体素子の製造方法において、 上記下部電極薄膜の膜応力は、−0.06Paより大きく
且つ−0.04Paより小さいことを特徴とする強誘電体
素子の製造方法。5. The method for manufacturing a ferroelectric device according to claim 1, wherein a film stress of the lower electrode thin film is larger than -0.06 Pa and smaller than -0.04 Pa. Of manufacturing a ferroelectric element.
載の強誘電体素子の製造方法において、 上記下部電極薄膜の材料は、Ir、または、少なくとも
Irを含む合金Pt‐Ir,Ru‐Ir,Rh‐Ir、または、
Irの酸化物、または、少なくともIrを含む合金Pt‐
Ir,Ru‐Ir,Rh‐Irの酸化物であることを特徴とす
る強誘電体素子の製造方法。6. The method of manufacturing a ferroelectric element according to claim 1, wherein the material of the lower electrode thin film is Ir or an alloy Pt-Ir containing at least Ir. Ru-Ir, Rh-Ir, or
Oxide of Ir or alloy Pt- containing at least Ir
A method for manufacturing a ferroelectric device, comprising an oxide of Ir, Ru-Ir, and Rh-Ir.
体トランジスタと、上記半導体基板上に層間絶縁膜を介
して下部電極薄膜,強誘電体薄膜および上部電極の順に
積層されて成る強誘電体キャパシタを有すると共に、上
記金属酸化膜半導体トランジスタのソース領域あるいは
ドレイン領域と上記強誘電体キャパシタの下部電極薄膜
とが上記層間絶縁膜に形成されたコンタクトプラグを介
して電気的に接続された強誘電体素子において、 上記強誘電体キャパシタの下部電極薄膜および強誘電体
薄膜は、請求項1乃至請求項3および請求項6の何れか
1つに記載の強誘電体素子の製造方法を適用して形成さ
れていることを特徴とする強誘電体素子。7. A ferroelectric capacitor comprising: a metal oxide semiconductor transistor formed on a semiconductor substrate; and a lower electrode thin film, a ferroelectric thin film, and an upper electrode laminated in this order on the semiconductor substrate via an interlayer insulating film. And a source or drain region of the metal oxide semiconductor transistor and a lower electrode thin film of the ferroelectric capacitor are electrically connected via a contact plug formed in the interlayer insulating film. In the device, the lower electrode thin film and the ferroelectric thin film of the ferroelectric capacitor are formed by applying the method of manufacturing a ferroelectric device according to any one of claims 1 to 3 and 6. A ferroelectric element characterized in that:
体トランジスタと、上記半導体基板上に層間絶縁膜を介
して下部電極薄膜,強誘電体薄膜および上部電極の順に
積層されて成る強誘電体キャパシタを有すると共に、上
記金属酸化膜半導体トランジスタのソース領域あるいは
ドレイン領域と上記強誘電体キャパシタの上部電極とが
配線層によって電気的に接続された強誘電体素子におい
て、 上記強誘電体キャパシタの下部電極薄膜および強誘電体
薄膜は、請求項1乃至請求項3および請求項6の何れか
1つに記載の強誘電体素子の製造方法を適用して形成さ
れていることを特徴とする強誘電体素子。8. A ferroelectric capacitor comprising: a metal oxide semiconductor transistor formed on a semiconductor substrate; and a lower electrode thin film, a ferroelectric thin film, and an upper electrode laminated in this order on the semiconductor substrate via an interlayer insulating film. And a source or drain region of the metal oxide semiconductor transistor and an upper electrode of the ferroelectric capacitor are electrically connected by a wiring layer, wherein the lower electrode of the ferroelectric capacitor The thin film and the ferroelectric thin film are formed by applying the method for manufacturing a ferroelectric element according to any one of claims 1 to 3 and 6. element.
れたソース領域およびドレイン領域と、上記ソース領域
とドレイン領域との間における上記半導体基板上にゲー
ト絶縁膜,ゲート第1電極,強誘電体薄膜,ゲート第2電
極の順に積層されて成るゲートを有する強誘電体素子に
おいて、 上記ゲートのゲート第1電極および強誘電体薄膜は、請
求項1および請求項4乃至請求項6の何れか1つに記載
の強誘電体素子の製造方法を適用して形成されているこ
とを特徴とする強誘電体素子。9. A semiconductor substrate, a source region and a drain region formed on the semiconductor substrate, and a gate insulating film, a gate first electrode, and a ferroelectric material on the semiconductor substrate between the source region and the drain region. 7. A ferroelectric element having a gate formed by laminating a thin film and a gate second electrode in this order, wherein the gate first electrode and the ferroelectric thin film of the gate are any one of claims 1 and 4 to 6. A ferroelectric element formed by applying the method for manufacturing a ferroelectric element described in (1).
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004241679A (en) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2009081446A (en) * | 2008-10-31 | 2009-04-16 | Seiko Epson Corp | Production process of ferroelectric substance |
-
2000
- 2000-08-11 JP JP2000244289A patent/JP2002057298A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004241679A (en) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP4578777B2 (en) * | 2003-02-07 | 2010-11-10 | 富士通セミコンダクター株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2009081446A (en) * | 2008-10-31 | 2009-04-16 | Seiko Epson Corp | Production process of ferroelectric substance |
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